Випробування на кавітаційну ерозію

Кавітаційна ерозія виникає на поверхнях матеріалів, які піддаються інтенсивній ультразвуковій кавітації. Випробування на кавітаційну ерозію – це швидкий метод вимірювання ерозійної стійкості матеріалів або покриттів до інтенсивних навантажень та інших факторів ерозії. Він забезпечує просте кількісне вимірювання для контролю якості та корисний під час дослідження матеріалів або формулювання покриття.

Навіщо використовувати тестування на кавітаційну ерозію?

Триваюча ерозія або корозія можуть зажадати регулярної заміни деталей або оновлення поверхневих покриттів. Ерозія поверхні матеріалу внаслідок механічних або хімічних впливів є повільним процесом, що призводить до поступового руйнування поверхонь матеріалу. Таким чином, оцінка стійкості матеріалу до ерозії або ерозійного ефекту рідин і суспензій може бути дуже трудомістким процесом.
Ультразвукові кавітаційні ерозійні випробування піддають поверхню матеріалу контрольованим, інтенсивним, повторюваним циклам напружень. Це призводить до значної ерозії поверхні матеріалу за короткий час. Ви можете швидко виміряти стійкість до ерозії для регулярного контролю якості на виробництві, для оцінки матеріалів, що надходять, або під час досліджень і розробок.
Стандартні програми включають металургійні випробування, випробування формули покриттів, випробування нанесення покриттів або оцінку інгібіторів ерозії в рідинах.

Чому кавітація викликає поверхневу ерозію?

Ультразвукові пристрої, такі як UP400St (400 Вт, 24 кГц) або UIP1000hdT (1000 Вт, 20 кГц), поєднують ультразвукові коливання з рідинами, наприклад водою. Швидкий зворотно-поступальний рух вібрації в рідині утворює і руйнує кавітаційні бульбашки. Коли бульбашки руйнуються, в рідині і на відкритих поверхнях матеріалу виникає висока локалізована механічна напруга. Струмені рідини зі швидкістю до 1000 км/год і місцевим тиском до 1000 атм призводять до швидкої втоми на поверхні матеріалу. Це може видалити оксидні або пасиваційні шари, покриття або забруднення. Це може спричинити утворення ямок з твердих матеріалів, таких як сталь, титан, алюміній, пластик або скло. Отже, випробування на кавітаційну ерозію є руйнівним методом контролю.

Як відбувається тестування на кавітаційну ерозію?

Кавітаційна ерозія поверхонь матеріалу призводить до поступової втрати матеріалу. Ви можете легко виміряти втрати матеріалу, зважуючи матеріал на точних вагах до та після визначеного впливу кавітаційної ерозії. Типова зміна ваги для тесту на кавітаційну ерозію становить від 1 до 30 мг. Для подальшої стандартизації можна розрахувати втрату обсягу, розділивши втрату ваги на щільність матеріалу. Середня глибина проникнення (MDP) розраховується шляхом ділення втрати об'єму на площу поверхні зразка. Крім того, можна виміряти глибину ямки або зміщений об'єм. За допомогою мікроскопічного аналізу можна отримати додаткову якісну інформацію про характер ерозії.
Коли ви використовуєте ультразвуковий пристрій Hielscher для тестування на кавітаційну ерозію, ви можете попередньо встановити діапазон температур і діапазон тиску, з якими ви хочете працювати. Можна регулювати амплітуду звуку. Всі параметри відстежуються, відображаються і протокольно записуються на SD-карту. Вам не потрібно встановлювати будь-яке фірмове програмне забезпечення. Якщо хочете, ви можете контролювати і стежити за ультразвуковим процесом зі свого звичайного веб-браузера, якщо підключити ультразвуковий пристрій до комп'ютера за допомогою кабелю Ethernet (йде в комплекті).

Який Стандартний Метод ASTM G32 Для Кавітаційної Ерозії За Допомогою Вібраційного Апарату?

Стандарт ASTM G32-16 описує стандартизований метод лікування кавітаційної ерозії. Він визначає простий, контрольований і відтворюваний тест для кількісної оцінки та порівняння стійкості до кавітаційної ерозії різних матеріалів. Технічні характеристики ATSM G32-16 стануть в нагоді для порівняння ваших результатів з результатами інших видань. Якщо ви хочете впровадити випробування на кавітаційну ерозію в контроль якості, ми рекомендуємо адаптувати протокол випробування на кавітаційну ерозію до ваших конкретних вимог. Ми будемо раді допомогти вам з розробкою індивідуального протоколу випробувань на кавітаційну ерозію. Для отримання додаткової інформації про випробування на кавітаційну ерозію відповідно до ASTM-G32, будь ласка, натисніть тут!

Чому я повинен використовувати ліміт енергії замість ліміту часу?

У багатьох публікаціях і протоколах випробувань на ерозію вказується час кавітаційного впливу. В ультразвукових апаратах Hielscher можна заздалегідь встановити час ультразвуку, і система зупиниться після закінчення цього часу. Потім можна розрахувати отриману швидкість кавітаційної ерозії в мм/год або мм3/год. Обмеження за часом допустимо, тільки якщо ви не змінюєте ніяких параметрів, таких як рівень рідини, амплітуда, тиск, температура, склад рідини або проміжок між сонотродом і поверхнею матеріалу. Якщо будь-який з цих параметрів зміниться, то зміниться і потужність ультразвуку, і інтенсивність кавітації. Важливо, щоб фактична чиста потужність, що подається в рідину, не повинна коливатися під час проведення тесту.
В ультразвукових апаратах Hielscher можна встановити ліміт енергії. В цьому випадку ультразвуковий прилад зупиниться, після того як він доставить задану ультразвукову енергію. Пристрій Hielscher відобразить і запише параметри, такі як фактична корисна потужність, амплітуда, тиск і температура рідини. Коливання потужності або навмисна зміна параметрів будуть компенсовані при використанні ліміту енергії. Потім ви можете вказати отриману швидкість кавітаційної ерозії в мм/кВт·год, мм3/кВт·год або мг/кВт·год.
Якщо ви зважите зразок між інтервалами кавітаційної ерозії, ви можете створити криву, що показує граничну втрату ваги (швидкість втрати ваги в кожному енергетичному інтервалі) над кумулятивною енергією.
Для отримання більш точних результатів прилад може виконувати автоматичну калібрування (30 секунд). Він вимірює потужність для всіх налаштувань амплітуди в повітрі при тиску навколишнього середовища. Пристрій Hielscher використовує ці калібрувальні дані для отримання дуже точних значень чистої потужності в режимі реального часу.

Тиск рідини при ультразвуковому дослідженні

Багато стандартних протоколів тестування на кавітаційну ерозію використовують ультразвукову кавітацію при тиску навколишнього середовища. Тиск рідини є другим за важливістю фактором інтенсивності ультразвуку. Підвищення тиску навколишнього середовища на 10% збільшить інтенсивність ультразвукового випромінювання приблизно на 10%. Більш інтенсивна кавітація скорочує час, необхідний для досягнення певного ступеня кавітаційної ерозії. Часто тест одного зразка може зайняти від 15 до 120 хвилин. Якщо у вас багато зразків для тестування, робота при більш високому тиску може значно скоротити час для кожного тесту. Тести при температурі 5 барг (73 фунти на квадратний дюйм) вимагають приблизно на 80% менше часу для кожного тесту.
Hielscher постачає герметичні тестові камери з цифровим датчиком тиску для тестування на кавітаційну ерозію. Використовуючи герметичну комірку, ви можете контролювати та підтримувати тиск під час кожного тесту. Ультразвуковий генератор постійно контролює роботу датчика тиску і записує фактичний тиск в Excel-сумісний CSV-файл на SD-карті (входить в комплект). Компанія Hielscher поставляє регулятори тиску для установки і підтримки робочого тиску.
Як стандарт, герметичні тестові камери Hielscher для випробування на кавітаційну ерозію розраховані на tp 5 барг (73 фунти на квадратний дюйм). Вищий тиск до 300 барг (4350 фунтів на квадратний дюйм) доступний за запитом.

Ультразвукова частота

Загалом для випробувань на кавітаційну ерозію використовуються низькочастотні ультразвуки високої інтенсивності в діапазоні 18-30 кГц. У цьому діапазоні зміна частоти дуже обмежено впливає на інтенсивність кавітації. Всі пристрої Hielscher працюють на постійній частоті.

Відстань від сонотроде

Матеріал, що підлягає випробуванню, може бути встановлений на сонотрод або під сонотроде. Можна виготовити зразок різьбового матеріалу і закріпити його до кінця ультразвукового сонотроде. При цьому зразок вібрує при заданій амплітуді ультразвуку і виробляє кавітацію на своїй поверхні. Для цього потрібна точна обробка, і не всі матеріали підходять для цього варіанту.
Як варіант, можна закріпити деталь або зразок в безпосередній близькості під титановим сонотродом. У цьому випадку титановий сонотрод виробляє кавітацію, а поверхня матеріалу піддається кавітації. Це більш зручний варіант, так як в тестову комірку можна помістити зразок різних розмірів або форм. Якщо ви використовуєте сонотрод більшого розміру, наприклад, сонотрод діаметром 50 мм або 80 мм, ви можете піддавати кавітаційній ерозії кілька частин одночасно. Це дуже корисно, коли вам потрібно тестувати багато деталей на день, наприклад, для контролю якості.
І в тому, і в іншому випадку дуже важлива відстань між ультразвуковим сонотродом і поверхнею матеріалу поруч з ним. В цілому кавітаційна ерозія відбувається швидше при використанні меншої відстані. Типові відстані коливаються від 0,2 до 15 мм. Для отримання остаточних результатів слід використовувати однакову відстань для всіх тестів.

температура рідини

Більш тепла рідина призводить до меншої інтенсивності ультразвукової кавітації. Надходження енергії механічної вібрації в рідину призведе до нагрівання рідини. Для того, щоб підтримувати постійну температуру під час кожного випробування на кавітаційну ерозію, рідину потрібно охолоджувати. Hielscher поставляє контейнери з сорочками та герметичні камери з сорочками. Крім того, ви можете використовувати охолоджуючу спіраль у мензурці або поставити мензурку в крижану ванну. Охолоджуюча рідина, яка проходить через сорочку або через змійовик охолодження, відводить тепло від рідини.
Ультразвукові прилади Hielscher, такі як UP400St або UIP1000hdT, поставляються з температурним датчиком PT100 (входить до комплекту). Ультразвуковий генератор безперервно контролює фактичну температуру рідини та записує температуру в CSV-файл, сумісний з Excel, на SD-карті (входить до комплекту). Ви можете налаштувати генератор на призупинення випробувань на ерозію кавітації, якщо температура рідини занадто сильно відхиляється від заданого значення, наприклад, через недостатню потужність охолодження. Генератор може автоматично відновити ультразвуковий звук, коли рідина знову досягне заданої температури.

Кавітуюча рідина

У загальних випробуваннях на кавітаційну ерозію використовується вода, наприклад, дистильована вода. Різні рідини демонструють різні кавітаційні характеристики. Якщо вода є корозійною для вашого матеріалу, ви можете протестувати альтернативні рідини, такі як силіконові олії з низькою в'язкістю або органічні розчинники, щоб усунути або зменшити корозійний фактор. Крім того, ви можете зробити рідину більш корозійною, наприклад, змінивши pH, або більш абразивною, додавши абразивні частинки. Ви можете використовувати випробування на кавітаційну ерозію для оцінки ерозійності та корозійної стійкості рідин, таких як бурові розчини, або для оцінки ефективності інгібіторів корозії чи ерозії.

Обробки

Коли ви виготовляєте деталь або зразок, обробка з ЧПУ, шліфування або полірування призводять до пошкодження структури зерна поблизу поверхні матеріалу. Це знижує стійкість до ерозії.

Пасивація/оксидні шари

Дуже часто ерозія і корозія трапляються одночасно. Вода, така як дистильована, демінералізована або деіонізована вода, може бути корозійною для багатьох матеріалів. Ультразвукова кавітація сприяє корозії. Пасиваційні шари, наприклад, у анодованого алюмінію, підвищать стійкість поверхні матеріалу до ерозії та корозії.

Які обмеження має тестування на кавітаційну ерозію?

Деякі еластомери можуть вимагати дуже інтенсивного кавітаційного впливу, щоб показати будь-яку кавітаційну ерозію взагалі. У цьому випадку ультразвук без осередку, що знаходиться під тиском, може не показати ніякого вимірного ефекту.